内蒙古北山西林淘勒二断井组的厘定与沉积环境分析

张金龙，陈超，潘志龙，张桂凤，张欢，李庆喆

（河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊065000）

北山造山带地处塔里木板块北部边缘，属于古亚洲构造区南带天山-兴安造山带中西段[1]，地处华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块的交汇处[2]。研究区则位于北山造山带东段中部，石板井-小黄山构造带从研究区中部通过[3-5]（图1）。区内三叠纪地层分区主要为天山-阿拉善地层区，北天山-巴丹吉林-潮水地层分区，最初由甘肃区测二队创名为二断井群，后经李文国等将其改称二断井组[6-7]。

近年来对区内该地层的研究较少，认识尚不统一，杨雨等[8]认为二断井组是一套紫红色含砾粗砂岩、粗砂岩为主山麓相及山麓-浅湖相碎屑沉积；内蒙古地矿局[9]则认为二断井组为山麓辫状河流相粗碎屑沉积。本文在北山西林淘勒地区1/5万区域地质调查的基础上，以早-中三叠世二断井组为研究对象，通过沉积学、岩石学和碎屑组分统计分析等方法，研究其沉积环境、物质来源及形成时代等问题，为内蒙古西部地区三叠系地层的进一步划分对比研究提供了基础地质资料。

1 研究区地质概况

研究区位于内蒙古自治区额济纳旗西林淘勒一带。该区三叠纪地层虽然分布范围较小，但露头较好，顶、底清楚，地层层序完整，有利于地层研究。研究区在1/20万石板井幅区域地质调查（1972）时，前人根据地层中所采化石将其划分为晚侏罗世赤金堡群[10]。本次1/5万区域地质调查根据其岩石组合、接触关系及区域对比，将其划分为早-中三叠世二断井组，底部角度不整合于前中生代各地质体之上，局部与早泥盆世二长花岗岩断层接触，顶部被早侏罗世芨芨沟组角度不整合覆盖（图1）。

2 剖面描述

内蒙古西林陶勒一带的二断井组出露较好，顶、底齐全，层序较清晰，但地表被全新世冲洪积物砂、砾石等覆盖严重，现以西林淘勒1 584高地剖面为例，自上至下描述于图2。

3 沉积环境分析

3.1 沉积相分析

二断井组下部为灰紫色中-厚层砾岩、中厚层含细砾粗砂岩、砂岩夹深灰色粉砂岩、粉砂质灰岩，纵向上组成下粗上细的基本层序（图3-1），常发育块状层理（图3-2）、正粒序层理、平行层理（图3-3）及侵蚀充填等沉积构造，砾石成分复杂，磨圆中等-偏差，分选较差，砾石颗粒支撑，基底式胶结。以上特征均表明碎屑物质未经过长距离的搬运，具有近距离快速堆积的特征，与扇中-扇端亚相沉积特征具有可比性。

二断井组上部主为灰紫色砾岩、含砾粗砂岩，细砂岩和粉砂岩基本不发育，常发育块状层理、平行层理，偶见底部发育冲刷面，碎屑物质分选及磨圆均差，成熟度低，粒度相差悬殊，大小混杂，具有扇根亚相沉积的特征。

图1 北山地区西林淘勒一带地质简图（据陈超、潘志龙等①②陈超，刘增校，潘志龙，等.1/5万石板井等四幅区域地质矿产调查图，河北省区域地质矿产调查研究所，2016.改编，大地构造位置据杨合群[11]等）Fig.1 Geological sketch map of the Xilintaole area,Beishan

上述二者在纵向上构成了下细上粗的沉积特征，表明二断井组为进积型沉积序列。此外该组岩石整体呈灰紫色、紫红色色调，指示当时古气候比较炎热干旱。

3.2 基本层序分析

本次工作在垂向上共识别出5种类型的基本层序（图4）。

基本层序a：主要发育于该组的下部，下部单元为褐灰色、棕黄色细砾岩，砾石含量50%～60%，成分主要为变质石英砂岩、石英脉、少量花岗岩及灰岩等，分选及磨圆差，主呈次棱角状，粒径以1～10 cm为主，颗粒支撑，填隙物为中粗砂，钙质胶结，块状层理，偶见似叠瓦状构造，底部发育侵蚀充填构造；中部单元为棕黄色含砾粗砂岩，分选、磨圆差，泥钙质胶结；上部单元为棕黄色粉砂岩。三者在垂向上构成下粗上细的沉积特征，整体反映一种碎屑物质近距离搬运并快速堆积的特征，表明当时水动力减弱、载荷能力降低的趋势。

图2 内蒙古北山西林淘勒1584高地早-中三叠世二断井组（T1-2er）综合柱状图Fig.2 The measured profiles of the Early-Middle Triassic of the Erduanjing formation in 1584 highland of Xinlintaole，Inner Mongolia

基本层序b：主要发育于该组的上部，下部单元为灰紫色砾岩，块状层理，颗粒支撑，基底式胶结，砾石具有成分复杂、分选、磨圆度差的特点，底部常发育侵蚀面；上部单元为灰紫色含砾粗砂岩。整体反映一种快速堆积的特征，符合冲积扇扇根-扇中亚相的沉积特点。

基本层序c:主要发育于该组的下部，下部单元为棕黄色含砾粗砂岩，底部常发育侵蚀充填构造；上部单元为棕灰色细砂岩，成熟度低，磨圆及分选差，主呈次棱角-次圆状，偶发育平行层理，反映当时水动力较弱的特点，与冲积扇扇中亚相的沉积特征相吻合。

基本层序d、e:均主要发育于该组的下部，下部单元为棕灰色细砂岩或含砾粗砂岩，分选及磨圆差，主呈次棱角状，泥钙质胶结，常发育平行层理及侵蚀充填构造；上部单元为褐黄色粉砂岩或粉砂质灰岩，偶见水平层理。二者在垂向上均具下粗上细的沉积韵律。整体反映当时水动力条件减弱、水流较稳定的特点，可与冲积扇扇中-扇端亚相对比。

3.3 粒度分析

本次在二断井组下部采取3件砂岩样品进行了粒度统计分析（表1），结果表明，平均粒度（Mz）为0.53～0.93Φ，属粗砂级，反映水动力较强；标准偏差（σ1）为0.73～1.03Φ，说明分选中等；偏度（Sk1）为0.04～0.27，说明沉积物以粗组分为主；峰态（KG）为1.01～1.14，属中等至尖锐峰态，表明沉积物被带入新环境后曾经过改造，且中部的分选性略高于尾部[12]；兰迪姆[13]判别公式Y冰碛物：冲积扇=0.123 58～0.127 46＜0.128 09，且平均值为0.125 79，接近冲积扇沉积平均值0.102 25。以上粒度参数整体与冲积扇沉积物粒度特征相似。在累计曲线图（图5-1）中，样品累计曲线均呈“S”型，但粒度范围分布较宽，曲线表现的较缓，表明分选中等。概率累积曲线可分为两类（图5-2）：一类只有跳跃组分（PM13Ld1、PM13Ld3），斜率45～50°；另一类由跳跃总体（A）和悬浮总体（B）构成（PM13Ld2），跳跃总体为主（96%），悬浮总体次之（4%），跳跃总体（A）和悬浮总体（B）之间细截点（S截点）为2.2Φ，跳跃总体斜率为55°左右，悬浮总体斜率10°。综合以上岩石学特征、颜色、基本层序和粒度特征，研究区二断井组应为进积型的冲积扇沉积环境。

图3 -1正粒序层理Fig.3-1 Positive sequence stratification

图3 -2块状层理Fig.3-2 Massive bedding

图3 -3平行层理Fig.3-3 Parallel bedding

图4 二断井组基本层序类型Fig.4 The basic sequence type of the Erduanjing Formation

表1 二断井组砂岩粒度分析统计表Tab.1 Granularity statistics of sandstone grains sizein the Erduanjing Formation

4 物源属性及构造背景分析

4.1 物源属性分析

碎屑岩中的碎屑组分受到沉积物源区特征（包括地形和气候）、搬运机制、沉积环境和成岩作用等多种因素制约，但无疑源区构造背景是其中最重要的控制因素[14]。Dickinson等根据已知构造背景的现代和古代砂岩样品碎屑组分统计分析，建立了碎屑-物源区-板块构造三位一体的分类方案[15-16]。目前，该方案被广泛应用于碎屑岩的物源区构造背景分析。研究区地处北山造山带，沉积盆地与碎屑物源区之间的传输途径较短，碎屑颗粒本身经受风化和搬运作用的影响很小，因而更能准确、可靠地反映它们形成的构造背景。本次工作在二断井组不同层位选取5件砂岩样品进行了碎屑成分分析统计（表2）。碎屑统计结果表明，西林淘勒地区二断井组砂岩类型主要为岩屑石英砂岩、岩屑长石砂岩、岩屑砂岩。其中，石英（23.58%～80.62%）、长石（8.54%～45.78%）和岩屑（9.71%～53.12%），说明其成分成熟度较低，碎屑颗粒呈棱角状、次棱角状，多为颗粒支撑，分选中等偏差，表明分选不充分且距物源较近，携带了大量源区信息。石英碎屑以单晶石英（16.88%～31.27%）为主，多晶石英（5.22%～11.27%）次之，单晶石英类型较单调，主为火山岩型，次为沉积岩型。长石碎屑中斜长石（7.58%～41.23%）含量高于钾长石（1.03%～4.55%）含量。岩屑以变质岩岩屑和沉积岩岩屑（2.88%～37.22%）为主，主要为绢云板岩、细砂岩、粉砂岩、硅质岩等。火山岩（5.53%～19.09%）含量较少，其中火山岩岩屑主要为流纹岩，其次为花岗岩，说明接受了火山岩蚀源区物质的供应。

图5 -1二断井组砂岩累积曲线Fig.5-1 Sandstone accumulation curve of the Erduanjing formation

表2 二断井组砂岩碎屑组分统计表Tab.2 Statistics of clasts in sandstone of the Erduanjing formation

4.2 构造背景分析

近年来，许多学者对北山地区进行了大量研究工作，取得了一系列重要成果。何世平等[17]认为自早石炭世至二叠纪末，随着裂谷带的不断拉张，形成带状分布的火山-沉积岩组合。龚全胜等[18]指出，二叠纪末北山地区整体海水退出，造陆结束，北山山系形成，三叠纪以后进入内陆河湖演化时期。何世平等[19]还提出经过二叠纪陆内裂谷、裂陷槽、断裂盆地及拉分盆地等一系列陆内构造演化后，北山地区结束了海相演化历史，中生代进入陆相盆山演化、陆内推覆构造及走滑断裂活动。

图5 -2二断井组砂岩概率累积曲线Fig.5-2 Probability cumulative curve of sandstone of the Erduanjing formation

本研究区位于白云山-洗肠井蛇绿混杂岩带和石板井-小黄山构造带北侧（图1），二断井组沉积时代处于造山后，北山山系处于稳定时期，属造山后期陆相盆地演化阶段的沉积产物。为了更明确地反映物源区构造背景，进行了碎屑组分Qt-F-L、Qm-F-Lt以及Qp-Lv-Ls图解判别。在Qt-F-L和Qm-F-Lt图解（图6）中，半数以上样品落于火山弧物源区，少部分落于再循环造山带物源区。在Qp-Lv-Ls图解（图6）中，显示物源属于火山弧造山带及混合造山带两个不同的物源区。考虑到研究区内出露地质体主要为古元古代北山岩群变质地层、前中生代花岗岩及流纹岩等，与二断井组砂岩碎屑成分以变质-沉积岩屑为主、流纹岩岩屑次之的特征相吻合，因此佐证了二断井组形成于板内造山-盆地演化阶段，同时验证了至晚古生代末期造山运动结束的观点。

5 地层时代讨论

本次在二断井组灰紫色粉细砂岩中首次发现硅化木化石，硅化程度较高，纹理较清晰（图7），但保存不完整，尚无法确定属种；前人[20]在研究区东侧白帽子山一带覆盖其上的珊瑚井组地层中获得了较多的中三叠世到早侏罗世瓣鳃类、腹足类及鱼类化石。另外，研究区内二断井组角度不整合于早泥盆世岩体之上，同时，顶部被早侏罗世芨芨沟组角度不整合覆盖。因此，根据该组岩性特征和上下接触关系，并结合区域资料对比，本文认为二断井组时代应归属为早-中三叠世为宜。

图6 二断井组砂岩Qt-F-L、Qm-F-Lt和Qp-Lv-Ls构造环境判别图解（据Dickinson，1983）Fig.6 Qt-F-L、Qm-F-Lt and Qp-Lv-Ls diagrams identifying the tectonic settings of sandstone in the Erduanjing Formation(after Dickinson,1983)

图7 二断井组发现的硅化木化石Fig.7 Silicified wood fossils found in the Erduanjing formation

6 结论

（1）研究区内二断井组形成于较干旱的进积型冲积扇沉积环境。

（2）二断井组为板内造山-盆地演化阶段的沉积产物。

（3）二断井组沉积时代应为早-中三叠世。

[1]杨合群，李英，杨建国，等.北山造山带的基本成矿特征[J].西北地质，2006，39（2）:78-95.

[2]高勇，丁华磊，郭瑞军，等.北山造山带公路井—三个井韧性剪切带构造变形特征及其地质意义[J].中国地质调查，2016，3（1）:26-34.

[3]聂凤军，江思宏，白大明，等.北山地区金属矿床成矿规律及找矿方向[M].北京:地质出版社，2002，1-408.

[4]龚全胜，刘明强，李海林，等.甘肃北山造山带类型及基本特征[J].西北地质，2002，35（3）:28-34.

[5]孙新春，张雨莲，高永伟.甘蒙北山北带古生代地壳演化与成矿作用[J].甘肃地质，2011，20（2）:45-50.

[6]梁明宏，丁仨平，刘建宏，等.甘肃构造-地层区划新方案[J].甘肃地质，2016，25（3）:34-42.

[7]李文国，姜万德，王惠，等.内蒙古自治区岩石地层[M].武汉:中国地质大学出版社，1996:10-110.

[8]杨雨，范国琳，姚国金，等.甘肃省岩石地层[M].武汉:中国地质大学出版社，1997，50-51.

[9]内蒙古地质矿产局.内蒙古自治区区域地质志[M].北京:地质出版社，1997:232-233.

[10]甘肃省地质调查院.1/20万石板井幅区域地质测量报告[R].1971:31-33.

[11]杨合群，李英，李文明，等.北山成矿构造背景概论[J].西北地质，2008，41（1）:22-28.

[12]赵澄林，朱筱敏.沉积岩石学[M].北京:石油工业出版社，2001，57-71.

[13]冯增昭，等.沉积岩石学[M].1991，111-130.

[14]方爱民，李继亮，侯泉林，等.新疆西昆仑库地复理石源区性质及构造背景分析[J].岩石学报，2012，19（1）:153-166.

[15]Dickinson W R,Suczek C A.Plate tectonics and sandstone compositions[J].AAPG Bulletin,1979,63（12）:2164-2182.

[16]Dickinson W R et al.Provenance of North Ameriean Panerozoic sandstone in relation to tectonic setting[J].GSA Bulletin,1983,94：222-235.

[17]何世平，任秉琛，姚文光，等.甘肃内蒙古北山地区构造单元划分[J].西北地质，2002，35（4）:30-39.

[18]龚全胜，刘明强，梁明宏，等.北山造山带大地构造相及构造演化[J].西北地质，2003，36（1）:11-17.

[19]何世平，周会武，任秉琛，等.甘肃内蒙古北山地区古生代地壳演化[J].西北地质，2005，38（3）:6-14.

[20]河北省区域地质矿产调查研究所.内蒙古1/5万旱山等四幅区域地质矿产调查报告[R]，2016:49-54.